скрыть подразделы

Главная страница » Свойства электрической дуги


Свойства электрической дуги

Электродуговая сварка — наиболее распространенный способ соединения металлических деталей, использующий тепло электрической дуги. Электрическая дуга представляет непрерывный поток электронов и ионов, образующихся между двумя электродами в той или иной среде как постоянным, так и переменным токами.

Для создания и поддержания дуги необходимо ионизировать воздушный промежуток или специально созданную газообразную среду. Непрерывная ионизация воздуха или газа обеспечивается электронами, вылетающими с поверхности отрицательно заряженного электрода. Эти электроны сталкиваются с атомами или молекулами газообразных веществ, находящихся в пространстве между электродами, возбуждают или ионизируют их.

В дуговом разряде выбрасывание (эмиссия) электронов с катода происходит под влиянием двух факторов: высокой температуры (термоэлектронная эмиссия) и напряженности электрического поля (автоэлектронная эмиссия).

Отрицательно заряженные частицы бомбардируют анод, а положительно заряженные — катод. Взаимная бомбардировка ионов при соответствующем напряжении дуги превращает кинетическую энергию этих частиц в тепловую и световую; электроны превращаются в электроны проводимости, а ионы нейтрализуются.

Тепловая и световая энергия в сварочной дуге выделяется неравно­мерно. На аноде выделяется около 43% тепла за счет бомбардировки его электронами, имеющими более высокую кинетическую энергию, чем ионы, бомбардирующие катод; на катоде выделяется около 36% общего количества тепла сварочной дуги. Остальное тепло (~21%) образуется в столбе дух и.

Температура электрической дуги зависит от материала электродов; при угольных электродах она составляет на катоде около 3200° С, на аноде — около 3900° С; при металлических электродах — соот­ветственно 2400 и 2600° С. В центре дуги, по ее оси, температура дости­гает 6000—7000° С.

При электродуговой сварке на нагревание и расплавление металла используется 60—70% тепла. Остальное его количество (30—40%) рассеивается в окружающем пространстве.

На рис. 1 изображена схема ручной дуговой сварки. Дуга возни­кает при пропускании тока между металлическим (проволочным) электродом 4 и основным металлом 1. Дутовой разряд (пламя дуги) имеет форму расширяющегося к поверхности изделия столба, у осно­вания которого в толще изделия образуется кратер дуги или свароч­ная ванна 3. Для зажигания (возбуждения) дуги электрод под током соприкасают с изделием. Вследствие высокой плотности тока в месте контакта конец электрода и соприкасающийся с ним участок изделия сильно нагреваются. Эго обеспечивает образование дугового разряда в момент отвода электрода от поверхности изделия.

Рис. 1. Схема ручной дуговой сварки (стрелкой показано перемещение электрода)

Под влиянием автотермоэлектронной эмиссии конец электрода и находящийся под ним участок изделия расплавляются, на изделии возникает сварочная ванна, в которую по каплям стекает расплавлен­ный металл 6 с электрода 4. Пространство между оплавляющимся торцом электрода и поверхностью сварочной ванны заполняется рас­каленной средой, представляющей смесь частично ионизированного воздуха, паров металла и обмазки 5, которые образуются при высоких температурах в процессе взаимодействия материала электрода и его обмазки 5 с воздухом. Электрод, перемещаясь в направлении стрелки, оставляет слой наплавленного металла 2.

Устойчивое горение, необходимое для высокого качества сварки, достигается при длине дуги а — 3—5 мм. Величину проплавления свариваемого металла называют глубиной сварки.

Обычно в сварочную ванну с электрода в виде капель стекает до 90% всего металла плавящегося электрода; остальной металл не достигает сварочной ванны вследствие частичного разбрызгивания, ис­парения и окисления и уходит в окружающую среду.

При любом способе сварки и положения шва в пространстве металл всегда переходит с электрода на изделие в виде капель (рис. 2). Капли 1 жидкого металла переносятся от электрода 3 к сварочной ванне 5 в результате совместного действия силы тяжести, сил поверхностного натяження, давления образующихся в металле газов и сжимающего действия электромагнитных сил 2 па металл (пинчэффект), способствующих образованию шейки 4.

Рис. 2. Деформация, капли металла

Силы поверхностного натяжения придают каплям сферическую форму, доводя их размер перед отрывом до критической величины. Это облегчает стекание капель в ванночку.

Поверхностное натяжение способствует переносу металла с электрода на изделие. Сила давления газов, возникающих при плавлении электрода, также помогает процессу переноса капли с электрода на деталь. Это очень важно при потолочной сварке. Электрический ток, проходящий по электроду, создает вокруг электрода магнитное силовое поле, которое, как указано, образует шейку при его расплавле­нии. Электромагнитные силы способствуют переносу капли металла при всех положениях шва в пространстве с электрода на изделие.

Для зажигания электрической дуги необходима сравнительно не­большая разность потенциалов на электродах: обычно для металли­ческих электродов она составляет около 40—60 В при постоянном токе и около 50—70 В при переменном. После возбуждения дуги напряжение уменьшается. Дуга между металлическим электродом и свариваемым металлом устойчиво горит при напряжении 15—30 В, а между угольным или графитовым электродами и металлом — при напряжении 30—35 В. Напряжение, необходимое для поддержания горения дуги, зависит от длины дуги, химического состава электродного стержня, его покрытия, давления газов в окружающей среде, величины и рода тока.

При работе на постоянном токе свариваемое изделие обычно при­соединяют к положительному полюсу (аноду), а электрод к отрицательному полюсу (катоду). Такое соединение называют включением на прямую полярность. Иногда (особенно при малых сечениях изделия) во избежание прожога изделие присоединяют к катоду, а электрод — к аноду. Такое соединение называют включением на обратную полярность.

Горение дуги при переменном токе менее устойчиво, чем при посто­янном. Устойчивость дуги увеличивается с повышением напряжения, с увеличением частоты переменного тока или созданием специальной Газовой среды путем обмазки электродов.

Просмотров: 6806    Создан: 2012-09-10    Источник: Трубные технологии

Оцените статью: 1 2 3 4 5


Система Orphus